先进材料制备技术复习资料.doc

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1、我们每一天都要求逬步材料学院研究生会学术部2010年11月一、材料制备加工1、定义：材料制备技术是指材料的合成与加工，使材料经过制备过稈后获得的新材料在化学成份、元素分布或组织结构上与原材料有显著的不同。2、作用：可以通过材料制备技术控制现有的内部纽•织，如宏观微观结构、原子排列、元素分布、能量状态等，来控制现有材料的性能，特别是新的制备技术的出现，如快速冷凝技术可极大的提高凝固速率、改善金属的纟R织；复合材料制备技术的出现还克服了材料在备自性能上的缺点实现优势互补。此外，通过一些新的制备技术还能获得一些新的组织结构，得到一些新的材料，如高速冷却下可以

2、得到金属非晶材料；不同的制备技术控制不同的实验条件还可以得到新的相，从而改善原有材料的性能。3、意义材料制备时新材料的获取和应用的关键，也是对材料进行加工、成形和应用的品质保证，现已成为材料研究和材料加工领域引人注目的技术热点。其地位和作用已经超出了技术经济的范畴，而与幣个人类社会有密不可分的关系。高新技术的发展，资源能源的有效利用，通信技术的进步，工业产品的质量，环境的保护都与材料的制备密切相关。先进制备与成形加T技术的发展对于新材料的研制、丿卫川和产业化具有决定性的作川，其的岀现与应用加速了新材料的研究开发、生产应用进程、促讲如微电了和生物医用材料

3、等新兴产业的形成。促进了现代航空航天、交通运输、能源保护等高新技术发展。现有结构材料向高性能化、复合化、结构功能一体化发展，尤其需要先进制备与成形技术的支撑，可使材料生产过程更加高效、节能、清洁。4、应用：材料制备、合成与成形在材料科学研究屮占有核心支柱地位，主要用于纳米材料、薄膜材料、金属复合材料、高温柱状合金、单晶合金、非晶合金、亚晶合金以及磁性材料等的制备。二、快速凝固1、快速礙固技术：一般指以大于10'k/s级的冷却速度或以数米每秒的固液界血前进速度使液相凝固成固相的过程。2、基本原理：根据材料设计的要求，选择适当反应剂（气相、液相或粉末固相）

4、，在适当的温度下，通过元索Z间或元素与化合物Z间的化学反应，在金属基体内原位生成一种或N种高便度、高弹性模量的增强相，从而达到增强金属基体目的。3、快速凝固工艺可以粗分为三类：①用高速气流打击金属液流，或在离心力的作用下，使Z雾化变成十分细小的液滴，最示凝固成粉末。②把金属液喷到极冷板或转动的锐轮上，凝I舌I成很薄的金属箔或丝材。③用激光或电了束熔化极薄一层金属表层，熬块金属基体起到

5、j身冷却剂的作用，也能获得很高冷速。4、获得快冷的三个途径：①在凝固前施加一个足够大的过冷，使凝固过稈放出的潜热能够消散在正在凝固的熔体屮②施加一•个很高的冷却速度，用高

6、速排热造成很大的过冷度③在连续凝固时施加一个很高的固液界瓯前进速度。方法有：雾化法，液态急冷法,束流表层急冷法,电流体动力法，电火花剥蚀法5、快冷材料特点：快速凝固为亚稳创造了条件，一是成分亚稳，如过饱和固溶体，二是结构亚稳，如非晶和准晶。三是形态亚稳，如微晶，纳米晶，成分调幅带和弥散相。快冷工艺可得到如下效果①扩大业稳固溶度②发现新的亚稳相③生成微晶、纳米晶、准品和非晶。④减小偏析。6、快冷对性能的影响：①提高强度，快冷使晶粒细化，对提高性能有益。②提高犁性③提高耐磨性，快速凝固后金属的硕度往往大幅度提高。④提高耐蚀性，快冷材料成分均匀,组织细化，必

7、然能改善耐蚀性。⑤提高磁性能⑥提高催化剂效率。虽然快速定向凝固技术能获得小偏析共至无偏析的超细化的组织等，具有广阔的应用前景，但仍有一些问题要解决。第一，激光超高温度梯度定向凝固技术存在的问题是：从熔池底部到顶部短距离定向凝固，而不是沿扫描速度方向长距离连续定向凝固，从熔池底部到顶部温度梯度和凝固速度不断变化，且两者不能独立控制；凝固组织是从机体外延生长的，界面上不同位置的生长方向也不相同，这样对凝固纟R织进行定量分析结果产生影响。第二，深过冷快速定向凝固技术需解决两个问题。一是研究不同过冷条件下，过冷熔体激发形核晶体生长方式和组织形成规律。确泄适用于

8、形成枝晶阵列微观组织的试验条件和工艺因素。其次是解决大体积深过冷激发快速定向凝固技术。笫三,快速定向凝固技术只适合于制备一维或二维小尺度材料，在应用上受到一定限制。由于在快速定向凝I古I过程屮，大的凝［古I速率将导致固液界面的下凹，从而影响定向凝固组织以及凝固过程的稳定性。要实现快速的定向凝尚过稈，必须提高定向凝同设备的温度梯度，但是超高的温度梯度乂给设备带来一定的麻烦，所以合理调节温度梯度和过冷度是快速定向凝固的一个方向。随着实验技术的改进和人们的努力，快速凝固技术必将更进一步为提高材料的使用性做出贡献。快速凝固技术是在比常规工艺条件下的冷却速度(l

9、O^-lOK/s)快得多的冷却条件(103-109K/s)下，使液态合金转变为固态的工艺方法。